单片机课程设计--趣味摇摇棒.doc

任务书 Ⅰ 设计题目 中文：趣味摇摇棒的设计 英文：Design of Interesting Magic Waving Stick Ⅱ 设计功能要求 1、、、、1、、、、 趣味摇摇棒的设计 摘 要 为提高运用基本知识进行理论设计、实践创新独立工作、团队合作的，通过一个，学会合理的利用电子器件基于的课程设计与制作。 引 言 1 第1章 总体方案设计 2 1.1 整体方案设计 2 1.2 主要元件原理及参数计算 2 1.2.1 单片机最小系统 2 1.2.2 复位电路 3 1.2.3 惯性开关模块 3 1.2.4 LED显示模块 4 第2章 系统设计与仿真 5 2.1 硬件设计 5 2.2 软件设计 6 2.3 系统仿真 7 结 论 9 致 谢 10 参考文献 11 附录A 电路总图 12 附录B 程序源代码 13 附录C 实物图 21 引 言 摇摇棒，是一种利用视觉暂留效应制作的“高科技”玩具。所谓“静如处子，动如脱兔”。也就是说，不去摇动，它只是几个LED 而已；而一旦按照一定的频率去摇晃它，则LED就会随着位置的变化而变化（亮或灭），最终构成一幅图片或字符串。本设计就是利用以上原理，用8051单片机实现上述任务书中所描述的摇摇棒的功能。 第1章 总体方案设计 1.1 整体方案设计 根据题目要求设计一个循环的LED显示，要利用人的视觉滞留产生静态显示的现象，这就要求延时部分做的比较小，所以采用石英晶体振荡器。而目前能够实现这种功能的器件有很多种，不同的类型的器件均能够很好的完成。鉴于单片机8051单片机具有功耗低、物美价廉的优势，本设计选用8051系列单片机。由水银开关的闭合对单片机产生外部中断，从而对中断进行采集，到达一定数量便进行图象的转换。整个系统由单片机控制模块，开关及电源模块和输出显示模块三个部分构成。系统框图如下： 1.2 主要元件原理及参数计算 1.2.1 单片机最小系统 8051单片机最小系统是使单片机正常工作所需的最基本的环境，其主要由单片机芯片、晶振和电容组成。其图示如下： 1.2.2 复位电路 为确保单片机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分。本设计复位电路采用常见的按键复位。手动按钮复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平。一般采用的办法是在RST端和正电源Vcc之间接一个按钮。当人为按下按钮时，则Vcc的+5V电平就会直接加到RST端。手动按钮复位的电路如所示。由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒，所以，完全能够满足复位的时间要求。 1.2.3 惯性开关模块 所谓惯性开关，顾名思义，就是利用物体运动的惯性实现开关功能的元器件，对于摇摇棒来说，惯性开关是防止棒在摇动时，只能在朝某一方向摇动时显示，否则会出现镜像字或镜像画面，所以通过接一只惯性开关来控制，使摇摇棒从左向右摇动时将内容显示出来，而反向摇动时不显示。因此，惯性开关是本设计必不可少的重要元件。 1.2.4 LED显示模块 由于摇摇棒在摇动过程中闪烁非常快，普通亮度的发光二极管已经不能满足本设计的要求，因此，为保证其能够清晰显示文字和图像，所用的LED发光二极管必须是高亮的。在本设计中，由于单片机上电后I/O接口均为高电平，因此16个发光二极管采用共阳接法，如图所示。 第2章 系统设计与仿真 本系统包括单片机控制模块，开关及电源模块和输出显示模块三个部分。 单片机控制模块由Keil C进行编写，实现起来简单，主要有两部分，一个是中断服务部分一个是字符点阵。开关及电源模块采用两至三节电池供电并配合惯性开关使用。输出显示模块采用16个LED灯，在版上一字排开。 2.1 硬件设计 硬件连接上用惯性开关产生的电平转换引发中断，传递给单片机，再由单片机调用点阵文件输出到LED上。下面是电路图（Proteus7.5）。 那么如何用单片机实现对LED的控制呢？LED又是如何转换的呢？下面将回答这些问题。 用单片机想要控制LED显示只需要定时输出就可以，但每个人摇动的速度不一样，如何准确的并稳定的变换图案呢？这就需要用到外部中断。将惯性开关的两个金属片一端接VCC，一端接GND，这样的话，当摇棒向一边运动时LED按照程序编辑好的规律显示，而向另一边运动时LED全灭，此时一个周期就会产生一个下跳沿的信号，信号传递给单片机的nINT0产生中断，对中断的数量计数，当计到10时便转换显示的图案，当依次显示完后便回到初始状态进行循环。 由于人的视觉滞留时间长达0.1s，所以在每显示完一列LED后加入一段合适的延时，如5ms，每个字之间加入延时如15ms，这样，我们就能看到静态的稳定的字，并且每个字之间是有空隙的。为了让字能够在空间的中部显示，在启动中断显示后